非傍軸衍射理論的研究及其應(yīng)用.pdf

1、在傳統(tǒng)的標(biāo)量衍射理論中,采用光場(chǎng)復(fù)振幅的平方作為光強(qiáng)的定義來(lái)描述光場(chǎng)的能量傳輸規(guī)律.考慮到光場(chǎng)能流密度的矢量特性,這種方法具有很大的局限性,只適用于描述傍軸標(biāo)量光場(chǎng),而不適用于對(duì)非傍軸標(biāo)量光場(chǎng)的描述.對(duì)于非傍軸標(biāo)量光場(chǎng)能量傳輸規(guī)律的描述則必須考慮其能流密度的矢量特性,應(yīng)當(dāng)采用光強(qiáng)的精確定義——單位時(shí)間單位面積上所流過(guò)能量的時(shí)間平均值來(lái)精確地描述某一橫截面上的能流,這也與光強(qiáng)的實(shí)際測(cè)量值是一致的.該研究課題應(yīng)用光場(chǎng)的角譜衍射理論,將平面孔

2、衍射場(chǎng)表示為傳播波和倏逝波的疊加,系統(tǒng)地研究了傍軸標(biāo)量光場(chǎng)和非傍軸標(biāo)量光場(chǎng)的能量傳輸規(guī)律;以高斯光波通過(guò)微小孔后的非傍軸光束為例,計(jì)算了垂直于光束傳輸軸橫截面上的精確光強(qiáng)與總能流;利用垂直于光束傳輸軸的橫截面上光強(qiáng)的精確定義,將由Siegman提出的用于描述光束質(zhì)量的傍軸光束的光強(qiáng)二階矩理論[16]推廣到了非傍軸標(biāo)量光束,并系統(tǒng)地研究了非傍軸標(biāo)量光束的光強(qiáng)二階矩傳輸規(guī)律,在此基礎(chǔ)之上,給出了非傍軸標(biāo)量光束的束腰半徑、遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和非傍軸光

3、束的光束質(zhì)量因子M<'2>,并與傳統(tǒng)光強(qiáng)定義下的結(jié)論進(jìn)行了比較,得到了一些新的結(jié)論;以高斯光波為例,計(jì)算了有硬邊光闌限制條件下非傍軸高斯光束的質(zhì)量因子,計(jì)算了在自由空間中傳輸?shù)姆前S雙曲正弦高斯光束、非傍軸雙曲余弦高斯光束的光束質(zhì)量因子并和傍軸的情況進(jìn)行對(duì)比;利用角譜衍射理論和量子力學(xué)不確定關(guān)系對(duì)于掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的基本原理——超衍射極限分辨率的突破進(jìn)行了定性分析.該課題得到國(guó)家教育部基金項(xiàng)目《基于Web的光學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與共享》的資